JP2023007361A - Ternary inverter and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】占める面積が狭く、エネルギー効率が高い三進インバータ及びその製造方法を提供する。【解決手段】三進インバータ10は、第1ソースS1及び第1ドレインD1と、第1ソース上に位置する層間絶縁膜340と、層間絶縁層上に位置する第2ソースS2及び第2ドレインとD2、第1ソースと第1ドレインとの間に介在される第1チャネルC1と、第1チャネルから離隔され、第1チャネル上部に位置し、第2ソースと第2ドレインとの間に介在される第2チャネルC2と、第1チャネルの外側面と、第2チャネルの外側面とを覆うゲート絶縁膜320と、第1ソースと第1ドレインとの間及び第2ソースと第2ドレインとの間に介在されるゲート電極Gと、を具備する。【選択図】図1A ternary inverter that occupies a small area and has high energy efficiency and a method for manufacturing the same are provided. A ternary inverter (10) includes a first source (S1) and a first drain (D1), an interlayer insulating film (340) positioned on the first source, and a second source (S2) and a second drain positioned on the interlayer insulating layer. D2, a first channel C1 interposed between the first source and the first drain, separated from the first channel and located above the first channel and interposed between the second source and the second drain; the gate insulating film 320 covering the second channel C2, the outer side surface of the first channel, and the outer side surface of the second channel; and a gate electrode G interposed therebetween. [Selection drawing] Fig. 1
Description
本発明は、三進インバータ及びその製造方法に係り、さらに詳細には、占める面積が狭く、エネルギー効率が高い三進インバータ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a ternary inverter and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a ternary inverter that occupies a small area and has high energy efficiency and a manufacturing method thereof.
従来、二進数論理基盤のデジタルシステムは、多量のデータを迅速に処理するために、CMOS素子の小型化を介する情報密度(bit density)を高めることに力を注いでいる。しかしながら、最近、30nm以下に集積されながら、量子的トンネリング効果による漏れ電流と電力消費増加とにより、情報密度を高めるのに限界があった。そのような情報密度の限界を克服するために、多重値論理(multi-valued logic)のうち一つである三進数論理素子及びその回路への関心が急増しており、特に、三進数論理具現のための基本単位として、標準三進数インバータ(STI)への開発が活発に進められている。しかしながら、1つの電圧源に、2つのCMOSを使用する既存の二進数インバータと異なり、標準三進数インバータに係わる従来技術は、さらに多くの電圧源必要としたり、複雑な回路構成が要求されたり、占める面積が広かったりするという問題点がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, binary logic-based digital systems have focused on increasing bit density through miniaturization of CMOS devices in order to rapidly process a large amount of data. However, recently, even with the integration under 30 nm, there is a limit to increase the information density due to leakage current and increased power consumption due to quantum tunneling effect. In order to overcome the limitation of information density, interest in ternary logic elements and circuits thereof, which are one of multi-valued logics, is rapidly increasing. There is active development into the Standard Ternary Inverter (STI) as the basic unit for . However, unlike existing binary inverters that use two CMOS for one voltage source, the prior art involving standard ternary inverters requires more voltage sources, complex circuitry, There is a problem that the area occupied is large.
本発明は、前述のような問題点を含み、さまざまな問題点を解決するためのものであり、占める面積が狭く、エネルギー効率が高い三進インバータ及びその製造方法を提供することを目的とする。しかしながら、そのような課題は、例示的なものであり、それにより、本発明の範囲が限定されるものではない。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a ternary inverter that occupies a small area and has high energy efficiency, and a method of manufacturing the same. . However, such issues are exemplary and are not intended to limit the scope of the invention.
本発明の一観点によれば、相互離隔されて位置する第1ソース及び第1ドレイン;前記第1ソース上に位置する層間絶縁膜;前記層間絶縁層上に位置する第2ソースと、前記第1ドレイン上に位置する第2ドレイン;前記第1ソースと前記第1ドレインとの間に介在され、前記第1ソース方向の第1-1端部面が、前記第1ソースにコンタクトし、前記第1ドレイン方向の第1-2端部面が、前記第1ドレインにコンタクトする第1チャネル;前記第1チャネルから離隔され、前記第1チャネル上部に位置し、前記第2ソースと前記第2ドレインとの間に介在され、前記第2ソース方向の第2-1端部面が、前記第2ソースにコンタクトし、前記第2ドレイン方向の第2-2端部面が、前記第2ドレインにコンタクトする第2チャネル;前記第1チャネルの外側面と、前記第2チャネルの外側面と、前記第1ソースの前記第1ドレイン方向の面とのうち、前記第1チャネルとコンタクトする部分以外の部分と、前記第2ソースの前記第2ドレイン方向の面のうち、前記第2チャネルとコンタクトする部分以外の部分と、前記第1ドレインの前記第1ソース方向の面のうち、前記第1チャネルとコンタクトする部分以外の部分と、前記第2ドレインの前記第2ソース方向の面のうち、前記第2チャネルとコンタクトする部分以外の部分と、を覆うゲート絶縁膜;及び前記第1ソースと前記第1ドレインとの間、及び前記第2ソースと前記第2ドレインとの間に介在されるゲート電極;を具備する三進インバータが提供される。 According to one aspect of the present invention, a first source and a first drain spaced apart from each other; an interlayer insulating layer positioned on the first source; a second source positioned on the interlayer insulating layer; a second drain positioned above the first drain; interposed between the first source and the first drain, the 1-1 end face in the direction of the first source being in contact with the first source; a first channel having a 1-2 end surface in a first drain direction contacting the first drain; separated from the first channel and positioned above the first channel; the second source and the second channel; The 2-1 end face in the direction of the second source contacts the second source, and the 2-2 end face in the direction of the second drain is interposed between the drain and the second drain. the outer surface of the first channel, the outer surface of the second channel, and the surface of the first source facing the first drain, other than the portion that contacts the first channel. , a portion of the surface of the second source in the second drain direction other than the portion in contact with the second channel, and a surface of the first drain in the first source direction of the first a gate insulating film covering a portion other than the portion in contact with the channel, and a portion of the surface of the second drain facing the second source in the direction other than the portion in contact with the second channel; and the first source; a gate electrode interposed between the first drain and between the second source and the second drain; a ternary inverter is provided.
前記第1ソースと前記第2ソースは、異なる導電型にもドーピングされる。 The first source and the second source are also doped with different conductivity types.
前記第1ドレインと前記第1ソースは、異なる導電型にもドーピングされる。 The first drain and the first source are also doped with different conductivity types.
前記第1ドレインと前記第2ドレインは、異なる導電型にもドーピングされる。 The first drain and the second drain are also doped with different conductivity types.
前記ゲート電極は、前記第1チャネルと前記第2チャネルとの間を充填することができる。 The gate electrode may fill between the first channel and the second channel.
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜の前記第1チャネルを取り囲む部分と、前記ゲート絶縁膜の前記第2チャネルを取り囲む部分と、を取り囲むことができる。 The gate electrode may surround a portion of the gate insulating layer surrounding the first channel and a portion of the gate insulating layer surrounding the second channel.
定電流形成層をさらに具備し、前記第1ソースと前記第1ドレインは、前記定電流形成層上にも位置する。 A constant current forming layer is further provided, and the first source and the first drain are also located on the constant current forming layer.
本発明の他の一観点によれば、基板上の第1犠牲層と、第1犠牲層上の第1チャネルと、第1チャネル上の第2犠牲層と、第2犠牲層上の第2チャネルと、第2チャネル上の第3犠牲層と、を含み、第1方向に延長されたゲート構造体を形成する段階と、第1方向と交差する第2方向に延長され、ゲート構造体と交差するダミーゲートを形成する段階と、該ダミーゲートの一側に、第1チャネルの第1-1端部面にコンタクトする第1ソースを形成し、該ダミーゲートの他側に、第1チャネルの第1-2端部面にコンタクトする第1ドレインを形成する段階と、第1ソース上に、層間絶縁層を形成する段階と、層間絶縁層上に、第2チャネルの第2-1端部面にコンタクトする第2ソースを形成し、第1ドレイン上に、第2チャネルの第2-2端部面にコンタクトする第2ドレインを形成する段階と、該ダミーゲートを除去する段階と、第1犠牲層、第2犠牲層及び第3犠牲層を除去する段階と、第1チャネルの外側面と、第2チャネルの外側面と、第1ソースの第1ドレイン方向の面とのうち、第1チャネルとコンタクトする部分以外の部分と、第2ソースの第2ドレイン方向の面のうち、第2チャネルとコンタクトする部分以外の部分と、第1ドレインの第1ソース方向の面のうち、第1チャネルとコンタクトする部分以外の部分と、第2ドレインの第2ソース方向の面のうち、第2チャネルとコンタクトする部分以外の部分と、を覆うゲート絶縁膜を形成する段階と、第1ソース及び第1ドレインと、第2ソースと第2ドレインとの間に介在されるゲート電極を形成する段階と、を含む三進インバータ製造方法が提供される。 According to another aspect of the invention, a first sacrificial layer on a substrate, a first channel on the first sacrificial layer, a second sacrificial layer on the first channel, and a second sacrificial layer on the second sacrificial layer. forming a gate structure extending in a first direction including a channel and a third sacrificial layer over the second channel; forming a gate structure extending in a second direction intersecting the first direction; forming intersecting dummy gates; forming a first source on one side of the dummy gates contacting the 1-1 end surface of the first channel, and forming a first channel on the other side of the dummy gates; forming a first drain contacting the 1-2 end face of the second channel; forming an interlayer insulating layer on the first source; forming an interlayer insulating layer on the interlayer insulating layer; forming a second source in contact with the edge surface and forming a second drain on the first drain in contact with the 2-2 edge surface of the second channel; removing the dummy gate; removing the first sacrificial layer, the second sacrificial layer and the third sacrificial layer; the outer surface of the first channel; the outer surface of the second channel; Of the portion other than the portion in contact with the first channel, the surface of the second source in the second drain direction, the portion other than the portion in contact with the second channel, and the surface of the first drain in the first source direction, forming a gate insulating film covering a portion other than the portion in contact with the first channel and the portion other than the portion in contact with the second channel on the surface of the second drain in the second source direction; A method is provided for fabricating a ternary inverter including forming a source and a first drain and a gate electrode interposed between the second source and the second drain.
第1ソース及び第1ドレインを異なる導電型にドーピングする段階をさらに含んでもよい。 The method may further include doping the first source and the first drain to different conductivity types.
第2ソースを第1ソースと異なる導電型にドーピングし、第2ドレインを第1ドレインと異なる導電型にドーピングする段階をさらに含んでもよい。 The method may further include doping the second source to a conductivity type different from the first source and doping the second drain to a conductivity type different from the first drain.
前記ゲート電極を形成する段階は、第1ソースと第1ドレインとの間と、第2ソースと第2ドレインとの間とのダミーゲートが除去された空間を充填するように、ゲート電極を形成する段階でもある。 forming the gate electrode to fill the space from which the dummy gate is removed between the first source and the first drain and between the second source and the second drain; It is also a stage to
前記ゲート電極を形成する段階は、ゲート絶縁膜の第1チャネルを取り囲む部分と、ゲート絶縁膜の第2チャネルを取り囲む部分とを取り囲むように、ゲート電極を形成する段階でもある。 The step of forming the gate electrode is also the step of forming the gate electrode to surround a portion of the gate insulating layer surrounding the first channel and a portion of the gate insulating layer surrounding the second channel.
前述のところ以外の他の側面、特徴、利点は、以下の発明を実施するための具体的な内容、請求範囲及び図面から明確になるであろう。 Other aspects, features and advantages than those mentioned above will become apparent from the following detailed description, claims and drawings.
前述のようになる本発明の一実施形態によれば、占める面積が狭く、エネルギー効率が高い三進インバータ及びその製造方法を具現することができる。ことで、そのような効果により、本発明の範囲が限定されるものではないということは、言うまでもない。 According to an embodiment of the present invention as described above, it is possible to implement a ternary inverter that occupies a small area and has high energy efficiency and a method of manufacturing the same. It goes without saying that the scope of the present invention is not limited by such effects.
本発明は、多様な変換を加えることができ、さまざまな実施形態を有することができるが、特定実施形態を図面に例示して詳細な説明によって詳細に説明する。本発明の効果、特徴、及びそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば、明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、多様な形態によっても具現される。 Although the present invention is capable of various transformations and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. The advantages and features of the present invention and the manner in which they are achieved will become apparent with reference to the embodiments described in detail below in conjunction with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various forms.
以下、添付された図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明するが、図面を参照して説明するとき、同一であるか、あるいは対応する構成要素は、同一図面符号を付し、それに係わる重複説明は、省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Duplicate explanations related to this will be omitted.
以下の実施形態において、層、膜、領域、板のような各種構成要素が、他の構成要素の「上」にあるとするとき、それは、他の構成要素の「真上」にある場合だけではなく、その間に、他の構成要素が介在された場合も含む。また、説明の便宜のために、図面においては、構成要素が、その大きさが、誇張されてもあり、縮小されてもいる。例えば、図面に示された各構成の大きさ及び厚みは、説明の便宜のために任意に示されているので、本発明は、必ずしも図示されたところに限定されるものではない。 In the following embodiments, when various components such as layers, films, regions, and plates are said to be "above" other components, it is only if they are "directly above" the other components. Instead, it also includes cases in which other components are interposed between them. Also, for convenience of explanation, the size of the constituent elements in the drawings may be exaggerated or reduced. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and the present invention is not necessarily limited to those shown.
以下の実施形態において、x軸、y軸及びz軸は、直交座標係上の三軸に限定されるものではなく、それを含む広い意味にも解釈される。例えば、x軸、y軸及びz軸は、互いに直交してもよく、互いに直交せずに、互いに異なる方向を称してもよい。 In the following embodiments, the x-axis, y-axis, and z-axis are not limited to the three axes on the orthogonal coordinate system, but are also interpreted in a broader sense including them. For example, the x-, y-, and z-axes may be orthogonal to each other, or may refer to different directions without being orthogonal to each other.
図1は、本発明の一実施形態による三進インバータ10を概略的に図示する斜視図であり、図2は、図1のA-A’線に沿って切り取った断面を概略的に図示する断面図であり、図3は、図1のB-B’線に沿って切り取った断面を概略的に図示する断面図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a
本実施形態による三進インバータは、基板100上にも形成される。基板100は、半導体基板でもある。例えば、基板100は、シリコン(Si)、Ge、SiGe、InGaAsまたはInAsを含んでもよい。ここで、本発明は、それらに限定されるものではなく、基板100は、他の多様な半導体物質を含んでもよいということは、言うまでもない。基板100は、第1導電型を有することができる。該第1導電型は、n型またはp型でもある。基板100の導電型がn型である場合、基板100は、V族元素(例えば、PまたはAs)を不純物として含んでもよい。基板100の導電型がp型である場合、基板100は、III族元素(例えば、BまたはIn)を不純物として含んでもよい。
A ternary inverter according to this embodiment is also formed on the
必要によっては、基板100上には、定電流形成層200が形成されうる。定電流形成層200は、エピタキシャル成長(epitaxy growth)工程によって形成されたエピタキシャル層(epitaxial layer)でもある。そのような定電流形成層200は、シリコン(Si)を含んでもよい。定電流形成層200は、第1導電型を有することができる。定電流形成層200の導電型がn型である場合、定電流形成層200は、V族元素(例えば、PまたはAs)を不純物として含んでもよい。定電流形成層200の導電型がp型である場合、定電流形成層200は、III族元素(例えば、BまたはIn)を不純物として含んでもよい。定電流形成層200のドーピング濃度は、基板100のドーピング濃度よりも高い。例えば、定電流形成層200のドーピング濃度は、3X1018cm-3以上でもある。
A constant
定電流形成層200上に、第1ソースS1と第1ドレインD1とが相互離隔されて位置しうる。図1においては、第1ソースS1と第1ドレインD1とが基板100の上面に平行な第1方向DR1に沿って相互離隔されて位置するように図示されている。第1ソースS1と第1ドレインD1は、ドーピングされた半導体物質を含んでもよい。例えば、第1ソースS1と第1ドレインD1は、ドーピングされたポリシリコン(doped-poly Si)を含んでもよい。第1ソースS1と第1ドレインD1は、エピタキシャル層でもある。
A first source S1 and a first drain D1 may be spaced apart from each other on the constant
第1ソースS1と第1ドレインD1は、異なる導電型にドーピングされ、互いに異なる導電型を有しうる。例えば、第1ソースS1は、第1導電型を有し、第1ドレインD1は、第2導電型を有しうる。第1導電型がp型である場合、第2導電型は、n型でもある。例えば、第1ソースS1は、III族元素(例えば、BまたはIn)を不純物として含み、第1ドレインD1は、V族元素(例えば、PまたはAs)を不純物として含んでもよい。 The first source S1 and the first drain D1 may be doped with different conductivity types and have different conductivity types. For example, the first source S1 may have a first conductivity type and the first drain D1 may have a second conductivity type. If the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is also n-type. For example, the first source S1 may contain Group III elements (eg, B or In) as impurities, and the first drain D1 may contain Group V elements (eg, P or As) as impurities.
第1ソースS1と第1ドレインD1と定電流形成層200は、互いに電気的に連結されうる。例えば、第1ソースS1と第1ドレインD1とのそれぞれは、定電流形成層200と互いに直接接することができる。第1ソースS1と第1ドレインD1と定電流形成層200との間に電場が形成されうる。該電場の強度は、例えば、106V/cm以上でもある。
The first source S1, the first drain D1, and the constant
定電流形成層200は、第1ソースS1と第1ドレインD1とのうちいずれか一つと、基板100との間に定電流を生成することができる。該定電流は、第1ドレインD1と基板100との間を流れるBTBT(band-to-band tunneling)電流でもある。そのような定電流は、ゲート電極Gに印加されるゲート電圧から独立してもいる。すなわち、定電流は、ゲート電圧と係わりなく流れうる。第1ソースS1がp型であり、第1ドレインD1がn型であるので、第1ソースS1、第1ドレインD1及びゲート電極GがNMOSトランジスタを構成するとき、該定電流は、第1ドレインDから、定電流形成層200を経由し、基板100に流れうる。もし第1ソースS1、第1ドレインD1及びゲート電極GがPMOSトランジスタを構成するならば、該定電流は、基板100から定電流形成層200を経由し、第1ドレインD1にも流れる。
The constant current forming
第1ソースS1上には、層間絶縁膜340が位置しうる。層間絶縁膜340は、多様な絶縁物質を含んでもよいが、例えば、シリコンオキサイド、シリコンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライドでもあり、アルミニウムオキサイドのような金属酸化物でもある。層間絶縁膜340は、単一層構造を有するか、あるいは多層構造を有しうる。
An interlayer insulating
層間絶縁膜340上には、第2ソースS2が位置し、第1ドレインD1上には、第2ドレインD2が位置する。このような第2ソースS2と第2ドレインD2は、相互離隔されても配される。
A second source S2 is located on the
第2ソースS2と第2ドレインD2は、異なる導電型にドーピングされ、互いに異なる導電型を有しうる。また、第2ソースS2は、第1ソースS1と異なる導電型にドーピングされ、互いに異なる導電型を有しうる。第2ドレインD2は、第1ドレインD1と異なる導電型にドーピングされ、互いに異なる導電型を有しうる。例えば、第2ソースS2は、第2導電型を有し、第2ドレインD2は、第1導電型を有しうる。第1導電型がp型である場合、第2導電型は、n型でもある。例えば、第2ソースS2は、V族元素(例えば、PまたはAs)を不純物として含み、第2ドレインD2は、III族元素(例えば、BまたはIn)を不純物として含んでもよい。 The second source S2 and the second drain D2 may be doped with different conductivity types and have different conductivity types. Also, the second source S2 may be doped with a conductivity type different from that of the first source S1 and may have a conductivity type different from each other. The second drain D2 may be doped with a conductivity type different from that of the first drain D1 and may have a conductivity type different from each other. For example, the second source S2 may have a second conductivity type and the second drain D2 may have a first conductivity type. If the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is also n-type. For example, the second source S2 may contain a group V element (eg, P or As) as an impurity, and the second drain D2 may contain a group III element (eg, B or In) as an impurity.
前述のように、基板100上には、定電流形成層200が形成されうる。その場合、第2ドレインD2上にも、定電流形成層200と異なる導電型の追加定電流形成層が形成されうる。
As described above, the constant current forming
定電流形成層200上に、ゲート電極Gが位置しうる。ゲート電極Gは、定電流形成層200の上面200uに平行な第2方向DR2に沿って延長された形状を有しうる。また、ゲート電極Gは、定電流形成層200の上面200uに垂直である第3方向DR3に沿っても延長される。ゲート電極Gは、第1ソースS1と第1ドレインD1との間、及び第2ソースS2と第2ドレインD2との間にも介在される。このとき、ゲート電極Gは、第1方向DR1において、第1ソースS1、第2ソースS2、第1ドレインD1及び第2ドレインD2から離隔されうる。ゲート電極Gは、電気伝導性物質を含んでもよい。例えば、ゲート電極Gは、ドーピングされた半導体物質、金属、合金、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。例えば、ゲート電極Gは、ドーピングされたポリシリコン、タングステン(W)、窒化チタン(TiN)、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
A gate electrode G may be positioned on the constant current forming
ゲート電極Gを、第1方向DR1において、第1ソースS1、第2ソースS2、第1ドレインD1及び第2ドレインD2から離隔させるために、第1ソースS1及び第2ソースS2と、ゲート電極Gとの間に、ゲートスペーサ330が介在され、第1ドレインD1及び第2ドレインD2と、ゲート電極Gとの間にも、ゲートスペーサ330が介在されうる。そのような1対のゲートスペーサ330は、第1方向DR1において、ゲート電極Gの両側に位置しうる。
In order to separate the gate electrode G from the first source S1, the second source S2, the first drain D1 and the second drain D2 in the first direction DR1, the first source S1 and the second source S2 and the gate electrode
ゲート電極Gの第1方向DR1の反対方向一側のゲートスペーサ330は、第1ソースS1及び第2ソースS2とコンタクトすることができる。そして、ゲート電極Gの第1方向DR1他側のゲートスペーサ330は、第1ドレインD1及び第2ドレインD2とコンタクトすることができる。1対のゲートスペーサ330それぞれは、定電流形成層200の上面200uに垂直である第3方向DR3に沿っても延長される。例えば、定電流形成層200の上面200uから、1対のゲートスペーサ330それぞれの第3方向DR3への上面までの距離は、定電流形成層200の上面200uから、ゲート電極Gの第3方向DR3への上面までの距離と同じでもある。
A
そのようなゲートスペーサ330は、多様な絶縁物質を含んでもよい。ゲートスペーサ330は、例えば、シリコンオキサイド、シリコンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライドを含んでもよく、アルミニウムオキサイドのような金属酸化物を含んでもよい。
ここで、場合によっては、そのようなゲートスペーサ330は、省略されうるということは、言うまでもない。
It should be appreciated that in some cases
第1ソースS1と第1ドレインD1との間には、第1チャネルC1が介在されうる。第1チャネルC1は、第1方向DR1に延長され、ゲート電極Gを貫通する形状を有しうる。第1チャネルC1の第1ソースS1方向(-DR1)の第1-1端部面は、第1ソースS1にコンタクトし、第1チャネルC1の第1ドレインD1方向(+DR1)の第1-2端部面は、第1ドレインD1にコンタクトする。図1においては、第1ソースS1と第1ドレインD1との間に、1つの第1チャネルC1が介在されるように図示されているが、本発明は、それに限定されるものではない。例えば、第1ソースS1と第1ドレインD1との間には、定電流形成層200の上面200uに垂直である第3方向DR3に相互離隔された複数個の第1チャネルC1が配されうる。
A first channel C1 may be interposed between the first source S1 and the first drain D1. The first channel C1 may have a shape extending in the first direction DR1 and penetrating the gate electrode G. FIG. The 1-1 end face of the first channel C1 in the direction of the first source S1 (-DR1) is in contact with the first source S1, and the 1-2 end face in the direction of the first drain D1 (+DR1) of the first channel C1 is in contact with the first source S1. The end face contacts the first drain D1. Although one first channel C1 is shown interposed between the first source S1 and the first drain D1 in FIG. 1, the present invention is not limited thereto. For example, a plurality of first channels C1 may be arranged between the first source S1 and the first drain D1 and spaced apart in a third direction DR3 perpendicular to the
第2ソースS2と第2ドレインD2との間には、第2チャネルC2が介在されうる。第2チャネルC2は、第1方向DR1に延長され、ゲート電極Gを貫通する形状を有しうる。第2チャネルC2の第2ソースS2方向(-DR1)の第2-1端部面は、第2ソースS2にコンタクトし、第2チャネルC2の第2ドレインD2方向(+DR1)の第2-2端部面は、第2ドレインD2にコンタクトする。そのような第2チャネルC2は、第1チャネルC1から離隔され、第1チャネルC1上部に位置しうる。図1においては、第2ソースS2と第2ドレインD2との間に、1つの第2チャネルC2が介在されるように図示されているが、本発明は、それに限定されるものではない。例えば、第2ソースS2と第2ドレインD2との間には、定電流形成層200の上面200uに垂直である第3方向DR3に相互離隔された複数個の第2チャネルC2が配されうる。
A second channel C2 may be interposed between the second source S2 and the second drain D2. The second channel C2 may have a shape extending in the first direction DR1 and penetrating the gate electrode G. FIG. The 2-1 end face of the second channel C2 in the direction of the second source S2 (-DR1) is in contact with the second source S2 and the 2-2 end face in the direction of the second drain D2 of the second channel C2 (+DR1). The end face contacts the second drain D2. Such a second channel C2 may be spaced apart from the first channel C1 and positioned above the first channel C1. Although one second channel C2 is shown interposed between the second source S2 and the second drain D2 in FIG. 1, the present invention is not limited thereto. For example, a plurality of second channels C2 spaced apart in a third direction DR3 perpendicular to the
第1チャネルC1と第2チャネルC2とが第1方向DR1に延長され、ゲート電極Gを貫通する形状を有するというのは、ゲート電極Gが、第1チャネルC1と第2チャネルC2との間を充填するとも理解される。また、ゲート電極Gが、後述するゲート絶縁膜320の第1チャネルC1を取り囲む部分と、第2チャネルC2を取り囲む部分と、を取り囲むとも理解される。
The fact that the first channel C1 and the second channel C2 extend in the first direction DR1 and have a shape penetrating the gate electrode G means that the gate electrode G extends between the first channel C1 and the second channel C2. Also understood as filling. It is also understood that the gate electrode G surrounds a portion surrounding the first channel C1 and a portion surrounding the second channel C2 of the
第1チャネルC1と第2チャネルC2は、半導体物質を含んでもよい。例えば、第1チャネルC1と第2チャネルC2は、シリコン(Si)を含んでもよい。第1チャネルC1は、第1導電型を有し、第2チャネルC2は、第2導電型を有しうる。例えば、第1導電型は、p型であり、第2導電型は、n型でもある。その場合、第1チャネルC1は、III族元素(例えば、B、In)を不純物として含み、第2チャネルC2は、V族元素(例えば、P、As)を不純物として含んでもよい。 The first channel C1 and the second channel C2 may comprise semiconductor material. For example, the first channel C1 and the second channel C2 may contain silicon (Si). The first channel C1 may have a first conductivity type and the second channel C2 may have a second conductivity type. For example, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is also n-type. In that case, the first channel C1 may contain Group III elements (eg, B, In) as impurities, and the second channel C2 may contain Group V elements (eg, P, As) as impurities.
ゲート電極Gの表面上には、ゲート絶縁膜320が位置しうる。ゲート絶縁膜320は、ゲート電極Gと第1チャネルC1との間、ゲート電極Gと第2チャネルC2の間、ゲート電極Gと、ゲート電極Gの一側に位置したゲートスペーサ330との間、ゲート電極Gと、ゲート電極Gの他側に位置したゲートスペーサ330との間、ゲート電極Gと第1ソースS1の間、ゲート電極Gと第2ソースS2の間、ゲート電極Gと第1ドレインD1との間、ゲート電極Gと第2ドレインD2との間、及びゲート電極Gと定電流形成層200との間にも介在される。
A
もしゲートスペーサ330が存在しないのであるならば、ゲート絶縁膜320は、第1チャネルC1の外側面と、第2チャネルC2の外側面と、第1ソースS1の第1ドレインD1方向DR1の面のうち、第1チャネルC1とコンタクトする部分以外の部分と、第2ソースS2の第2ドレインD2方向DR1の面のうち、第2チャネルC2とコンタクトする部分以外の部分と、第1ドレインD1の第1ソースS1方向(-DR1)の面のうち、第1チャネルC1とコンタクトする部分以外の部分と、第2ドレインD2の第2ソースS2方向(-DR1)の面のうち、第2チャネルC2とコンタクトする部分以外の部分と、定電流形成層200の上面のうち、ゲート電極Gに対応する部分と、を覆うことができる。
If the
そのようにゲート絶縁膜320は、第1チャネルC1の外側面と、第2チャネルC2の外側面とを取り囲み、ゲート電極Gを、第1チャネルC1と第2チャネルC2とから電気的に絶縁させることができる。そして、ゲート絶縁膜320は、ゲート電極Gを、ゲートスペーサ330、第1ソースS1、第2ソースS2、第1ドレインD1、第2ドレインD2及び定電流形成層200から電気的に絶縁させることができる。そのために、ゲート絶縁膜320は、絶縁物質を含んでもよい。例えば、ゲート絶縁膜320は、シリコンオキサイド、シリコンナイトライド、シリコンオキシナイトライドなどを含んでもよい。
As such, the
そのようなゲート絶縁膜320は、高誘電率(high-k dielectric)を有する絶縁物質を含んでもよい。例えば、ゲート絶縁膜320は、約10ないし25の誘電定数を有する物質を含んでもよい。例えば、ゲート絶縁膜320は、ハフニウムオキサイド(HfO)、ハフニウムシリコンオキサイド(HfSiO)、ハフニウムオキシナイトライド(HfON)、ハフニウムシリコンオキシナイトライド(HfSiON)、ランタンオキサイド(LaO)、ランタンアルミニウムオキサイド(LaAlO)、ジルコニウムオキサイド(ZrO)、ジルコニウムシリコンオキサイド(ZrSiO)、ジルコニウムオキシナイトライド(ZrON)、ジルコニウムシリコンオキシナイトライド(ZrSiON)、タンタルオキサイド(TaO)、チタンオキサイド(TiO)、バリウムストロンチウムチタンオキサイド(BaSrTiO)、バリウムチタンオキサイド(BaTiO)、ストロンチウムチタンオキサイド(SrTiO)、イットリウムオキサイド(YO)、アルミニウムオキサイド(AlO)及び鉛スカンジウムタンタルオキサイド(PbScTaO)のうちから選択される少なくとも1つの物質を含んでもよい。
そのような本実施形態による三進インバータの場合、第1ソースS1、第1ドレインD1、第1チャネルC1及びゲート電極Gが形成するTFETと、第2ソースS2、第2ドレインD2、第2チャネルC2及びゲート電極Gの形成するTFETとが垂直に配されるために、狭い面積を占めながらも、エネルギー効率性が高い三進インバータを具現することができる。また、出力端子とも言える第1ドレインD1と第2ドレインD2とが直接コンタクトすることにより、製造工程を単純化させながらも、それら間の電気的連結が確実になされうる。このとき、第1ソースS1、第1ドレインD1、第1チャネルC1及びゲート電極Gが形成するTFETは、n型TFETであり、第2ソースS2、第2ドレインD2、第2チャネルC2及びゲート電極Gが形成するTFETは、p型TFETでもある。 In the case of such a ternary inverter according to this embodiment, a TFET formed by a first source S1, a first drain D1, a first channel C1 and a gate electrode G, a second source S2, a second drain D2 and a second channel Since C2 and the TFET formed by the gate electrode G are arranged vertically, it is possible to realize a ternary inverter with high energy efficiency while occupying a small area. In addition, since the first drain D1 and the second drain D2, which can be referred to as output terminals, are in direct contact with each other, the manufacturing process can be simplified and the electrical connection between them can be ensured. At this time, the TFET formed by the first source S1, the first drain D1, the first channel C1, and the gate electrode G is an n-type TFET, and the second source S2, the second drain D2, the second channel C2, and the gate electrode. The TFET formed by G is also a p-type TFET.
図4は、図1の三進インバータ10の等価回路図である。図4に図示されているように、本実施形態による三進インバータ10は、NMOSトランジスタ(以下、「n型TFET」とする)及びPMOSトランジスタ(以下、「P型TFET」とする)を含んでもよい。該n型TFETは、図1を参照して説明した第1ソースS1、第1ドレインD1、第1チャネルC1及びゲート電極Gに対応し、p型TFETは、図1を参照して説明した第2ソースS2、第2ドレインD2、第2チャネルC2及びゲート電極Gに対応しうる。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the
そのような三進インバータ10が具備するn型TFETのソース及び基板に、接地電圧が印加されうる。すなわち、図1の第1ソースS1には、接地電圧が印加されうる。説明の簡潔さのために、以下において、接地電圧は、0ボルト(V)であると仮定する。p型TFETのソースに、駆動電圧VDDが印加されうる。すなわち、図1の第2ソースS2には、駆動電圧VDDが印加されうる。n型TFETのゲート電極とp型TFETのゲート電極とのそれぞれには、入力電圧VINが印加されうる。すなわち、図1のゲート電極Gには、入力電圧VINが印加されうる。
A ground voltage can be applied to the source and substrate of the n-type TFET that such a
n型TFETのドレインは、p型TFETのドレインと電気的に連結され、同一電圧を有しうる。図1においては、上下に積層された第1ドレインD1と第2ドレインD2とが互いにコンタクトしているように図示されている。図1において、下部に位置する第1ドレインD1と、それにコンタクトし、その上部に位置する第2ドレインD2との電圧は、三進インバータ10の出力電圧VOUTでもある。
The drain of the n-type TFET may be electrically connected to the drain of the p-type TFET and have the same voltage. In FIG. 1, the first drain D1 and the second drain D2 stacked vertically are shown as being in contact with each other. In FIG. 1, the voltage at the lower first drain D1 and the upper second drain D2 in contact therewith is also the output voltage V OUT of the
n型TFETのドレイン、すなわち、第1ドレインD1から基板100に、定電流が流れうる。該定電流は、入力電圧VINから独立したものでもある。前述のように、第2ドレインD2上にも、定電流形成層200と異なる導電型の追加定電流形成層が形成されるならば、p型TFTのドレイン、すなわち、第2ドレインD2から追加定電流形成層に定電流が流れうる。該定電流も、入力電圧VINから独立したものでもある。
A constant current can flow from the drain of the n-type TFET, ie, the first drain D1 to the
一例として、n型TFTのチャネル電流が、p型TFETのチャネル電流より優勢になるように、ゲート電極Gに、第1入力電圧が印加されうる。このとき、三進インバータ10の出力電圧VOUTは、第1電圧でもある。
As an example, a first input voltage can be applied to the gate electrode G such that the channel current of the n-type TFT dominates the channel current of the p-type TFET. At this time, the output voltage V OUT of the
他の例として、p型TFTのチャネル電流が、n型TFETのチャネル電流より優勢になるように、ゲート電極Gに、第2入力電圧が印加されうる。このとき、三進インバータ10の出力電圧VOUTは、第1電圧より高い第2電圧でもある。
As another example, a second input voltage can be applied to the gate electrode G such that the channel current of the p-type TFT dominates the channel current of the n-type TFET. At this time, the output voltage V OUT of the
さらに他の例において、n型TFETのチャネル電流、及びp型TFETのチャネル電流より優勢な定電流を有するように、ゲート電極Gに、第3入力電圧が印加されうる。このとき、三進インバータ10の出力電圧VOUTは、第1電圧と第2電圧との間の第3電圧でもある。
In yet another example, a third input voltage can be applied to the gate electrode G to have a constant current that dominates the channel current of the n-type TFET and the channel current of the p-type TFET. At this time, the output voltage V OUT of the
第1ソースS1、第1ドレインD1、第1チャネルC1及びゲート電極Gに形成されるn型TFETのドレイン、すなわち、第1ドレインD1から基板100に流れる定電流は、ゲート電極Gに印加されるゲート電圧と係わりなく流れうる。三進インバータ10内の電流は、第2ドレインD2と第1ドレインD1とを経て、基板100に流れうる。第2ソースS2に印加される駆動電圧VDDは、第2ソースS2と第2ドレインD2との抵抗、及び第1ソースS1と第1ドレインD1との抵抗にも分配される。出力電圧VOUTは、第1ソースS1と第1ドレインD1との抵抗に印加された電圧でもある。出力電圧VOUTは、駆動電圧VDDと0Vとの間の値を有しうる。
A constant current flowing from the first source S1, the first drain D1, the first channel C1, and the drain of the n-type TFET formed in the gate electrode G, that is, the first drain D1 to the
出力電圧VOUTは、入力電圧VINにより、0V(「0」状態)、駆動電圧VDDと0Vとの間の電圧(「1」状態)、または駆動電圧VDD(「2」状態)を有しうる。すなわち、本実施形態による三進インバータ10は、入力電圧VINにより、三種の状態を有しうる。
Depending on the input voltage VIN , the output voltage VOUT has 0V (“0” state), a voltage between the drive voltage VDD and 0V (“1” state), or the drive voltage VDD (“2” state). I can. That is, the
図5は、図1の三進インバータと、従来の二進インバータとのゲート電圧・ドレイン電流グラフである。具体的には、図5は、二進インバータのゲート電圧・ドレイン電流グラフIGR1,IGR2、及び本実施形態による三進インバータのゲート電圧・ドレイン電流グラフIGR3,IGR4,IGR5を示している。二進インバータのドレイン電流は、ゲート電圧と係わりなく流れる定電流成分を有していない。本実施形態による三進インバータのドレイン電流は、ゲート電圧と係わりなく流れる定電流成分を有する。例えば、本実施形態による三進インバータの場合、オフ(OFF)状態であるときにも、定電流が流れるということを確認することができる。 FIG. 5 is a gate voltage-drain current graph of the ternary inverter of FIG. 1 and a conventional binary inverter. Specifically, FIG. 5 shows gate voltage-drain current graphs IGR1, IGR2 of a binary inverter and gate voltage-drain current graphs IGR3, IGR4, IGR5 of a ternary inverter according to the present embodiment. The drain current of a binary inverter does not have a constant current component that flows independently of the gate voltage. The drain current of the ternary inverter according to this embodiment has a constant current component that flows independently of the gate voltage. For example, in the case of the ternary inverter according to the present embodiment, it can be confirmed that a constant current flows even in the OFF state.
図6は、図1の三進インバータと、従来の二進インバータとの入力電圧VIN・出力電圧VOUTグラフである。図6から確認することができるように、本実施形態による三進インバータ及び二進インバータの駆動電圧VDDは、1.0V、接地電圧GNDは、0Vである。三進インバータ及び二進インバータの入力電圧VINは、0Vないし1.0Vである。 FIG. 6 is an input voltage V IN -output voltage V OUT graph of the ternary inverter of FIG. 1 and a conventional binary inverter. As can be seen from FIG. 6, the drive voltage VDD of the ternary inverter and the binary inverter according to this embodiment is 1.0V, and the ground voltage GND is 0V. The input voltage V IN of the ternary and binary inverters is between 0V and 1.0V.
二進インバータの場合、入力電圧が0Vから1Vに変わるとき、0.5Vの入力電圧近辺において、出力電圧VOUTが、1Vから0Vに急激に低下する。すなわち、二進インバータは、2つの状態(例えば、「0」状態及び「1」状態)を有する。 For a binary inverter, when the input voltage changes from 0V to 1V, the output voltage V OUT drops sharply from 1V to 0V around an input voltage of 0.5V. That is, a binary inverter has two states (eg, a '0' state and a '1' state).
本実施形態による三進インバータの場合、入力電圧が0Vから1Vに変わるとき、出力電圧VOUTは、1Vから0.5Vに急激に低下し、0.5Vを維持していて、0.5Vから0Vにもう1回急激に低下した。すなわち、本実施形態による三進インバータは、三種類状態(例えば、「0」状態、「1」状態及び「2」状態)を有することを確認することができる。 In the case of the ternary inverter according to this embodiment, when the input voltage changes from 0V to 1V, the output voltage V OUT drops sharply from 1V to 0.5V, remains at 0.5V, and changes from 0.5V to Another sharp drop to 0V. That is, it can be seen that the ternary inverter according to the present embodiment has three states (eg, '0' state, '1' state and '2' state).
図7は、本発明の一実施形態による三進インバータの電圧の入出力特性を示したグラフである。図7は、前述の図6と同一脈絡のグラフであるので、図6で説明したところと重複する内容は、説明を省略し、特徴になる点を主として説明する。 FIG. 7 is a graph showing voltage input/output characteristics of a ternary inverter according to an embodiment of the present invention. Since FIG. 7 is a graph having the same context as that of FIG. 6 described above, the description of the content that overlaps with the description of FIG. 6 will be omitted, and the characteristic points will be mainly described.
本実施形態による三進インバータは、入力電圧VINが0Vから0.3Vに変わるとき、出力電圧VOUTは、0.3Vから0.15Vに急激に低下し、0.15Vを維持していて、0.15Vから0Vにもう1回急激に低下した。すなわち、本実施形態による三進インバータは、三種類状態(例えば、「0」状態、「1」状態、及び「2」状態)を有することを確認することができる。ただし、図6を参照して説明した実施形態の三進インバータと異なる点は、入力電圧VINと出力電圧VOUTとの範囲が、0Vないし1Vから、0Vないし0.3Vに狭くなり、それにより、三進インバータの動作電圧スケーリング能力が向上したことを確認することができる。 In the ternary inverter according to this embodiment, when the input voltage V IN changes from 0V to 0.3V, the output voltage V OUT abruptly drops from 0.3V to 0.15V and remains at 0.15V. , dropped from 0.15V to 0V one more time. That is, it can be seen that the ternary inverter according to the present embodiment has three states (eg, '0' state, '1' state, and '2' state). However, the difference from the ternary inverter of the embodiment described with reference to FIG. , it can be confirmed that the operating voltage scaling capability of the ternary inverter is improved.
図8ないし図23は、図1の三進インバータの製造方法について説明するための斜視図または断面図である。 8 to 23 are perspective views or cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the ternary inverter of FIG.
まず、図8に図示されているように、基板100上に、定電流形成層200を形成し、定電流形成層200上に、ゲート構造体GS’を形成することができる。定電流形成層200は、エピタキシャル成長工程を介しても形成される。すなわち、定電流形成層200は、エピタキシャル層でもある。定電流形成層200は、第1導電型を有する半導体層でもある。例えば、定電流形成層200の導電型がp型である場合、定電流形成層200は、III族元素(例えば、BまたはIn)を不純物として含むシリコン層でもある。もし定電流形成層200の導電型がn型である場合、定電流形成層200は、V族元素(例えば、PまたはAs)を不純物として含むシリコン層でもある。定電流形成層200のドーピング濃度は、基板100のドーピング濃度よりも高い。例えば、定電流形成層200のドーピング濃度は、3X1018cm-3以上でもある。
First, as shown in FIG. 8 , a constant current forming
定電流形成層200上に、ゲート構造体GS’を形成することができる。ゲート構造体GS’は、犠牲膜とチャネル膜とを相互に積層して形成することができる。図8においては、定電流形成層200上に、第1犠牲膜SC1’が位置し、第1犠牲膜SC1’上に、第1チャネル用層C1’が位置し、第1チャネル用層C1’上に、第2犠牲膜SC2’が位置し、第2犠牲膜SC2’上に、第2チャネル用層C2’が位置し、第2チャネル用層C2’上に、第3犠牲膜SC3’が位置するように図示されている。
A gate structure GS' may be formed on the constant current forming
犠牲膜SC1’,SC2’,SC3’とチャネル用層C1’,C2’は、互いに異なるエッチング選択比を有する物質を含んでもよい。例えば、犠牲膜SC1’,SC2’,SC3’は、シリコンゲルマニウム(SiGe)を含んでもよく、チャネル用層C1’,C2’は、シリコン(Si)を含んでもよい。そのようなゲート構造体GS’は、化学気相蒸着(CVD:chemical vapor deposition)工程、物理気相蒸着(PVD:physical vapor deposition)工程または原子層蒸着(ALD:atomic layer deposition)工程を介しても形成される。 The sacrificial layers SC1', SC2', SC3' and the channel layers C1', C2' may include materials having different etch selectivity ratios. For example, the sacrificial films SC1', SC2', SC3' may contain silicon germanium (SiGe), and the channel layers C1', C2' may contain silicon (Si). Such a gate structure GS' can be formed via a chemical vapor deposition (CVD) process, a physical vapor deposition (PVD) process or an atomic layer deposition (ALD) process. is also formed.
そのようなゲート構造体GS’を形成した後、図9に図示されているように、それをパターニングすることができる。例えば、マスクを利用し、図8のゲート構造体GS’の事前設定された部分を除いた残り部分をエッチングすることができる。ゲート構造体GS’の一部分を除去するとき、当該部分において、定電流形成層200の上面200uが露出されるまでエッチングが進められうる。それにより、図9に図示されているように、ゲート構造体GS’’は、第1方向DR1に延長された形状を有しうる。そのようなゲート構造体GS’’は、犠牲膜SC1’’,SC2’’,SC3’’とチャネル用層C1’’,C2’’とを含んでもよい。犠牲膜SC1’’,SC2’’,SC3’’は、犠牲膜SC1’,SC2’,SC3’をエッチングすることによっても形成される。チャネル用層C1’’,C2’’は、チャネル用層C1’,C2’をエッチングすることによっても形成される。
After forming such a gate structure GS', it can be patterned as illustrated in FIG. For example, a mask can be used to etch the rest of the gate structure GS' of FIG. 8 except for the preset portions. When removing a portion of the gate structure GS', etching may proceed until the
その後、図10に図示されているように、定電流形成層200上に、ダミーゲート302と、ダミーゲート302両側に位置するゲートスペーサ330と、を形成することができる。ダミーゲート302は、第2方向DR2に沿って延長された形状を有しうる。ダミーゲート302の両側外側には、ゲート構造体GS’’の一部が露出されうる。
Thereafter, as shown in FIG. 10, a
ダミーゲート302は、その両側のゲートスペーサ330に対し、高いエッチング選択比を有しうる。例えば、ダミーゲート302は、エッチング選択比が高いシリコンナイトライドを含み、ゲートスペーサ330は、エッチング選択比が低いシリコンオキサイドを含むものでもある。
The
ダミーゲート302は、ゲート構造体GS’’を覆うダミーゲート膜を形成し、それをパターニングして形成することができる。ダミーゲート膜のパターニングは、定電流形成層200の上面が露出されるまで遂行されうる。
The
ダミーゲート302両側に位置するゲートスペーサ330は、ダミーゲート302の両側面を覆うことができる。ゲートスペーサ330外側には、ゲート構造体GS’’の一部が露出されうる。
ゲートスペーサ330は、ダミーゲート302、ゲート構造体GS’’及び定電流形成層200上に、ゲートスペーサ330用物質層を形成し、それをエッチングする過程を経ても形成される。ゲートスペーサ330用物質層のエッチングは、異方性乾式エッチング工程を介しても進められる。
The gate spacers 330 are also formed by forming a material layer for the
次に、ダミーゲート302及びゲートスペーサ330の外側に露出されたゲート構造体GS’’の部分を除去し、図11に図示されているようなゲート構造体GSを形成することができる。ゲート構造体GS’’一部分の除去は、マスクを利用した異方性エッチング工程を介しても進められる。それにより、ゲート構造体GSは、第1犠牲膜SC1、第1犠牲膜SC1上の第1チャネルC1、第1チャネルC1上の第2犠牲膜SC2、第2犠牲膜SC2上の第2チャネルC2、及び第2チャネルC2上の第3犠牲膜SC3を含むものでもある。
Portions of the gate structure GS'' exposed outside the
その後、図12ないし図14に図示されているように、第1ソースS1と第1ドレインD1とを形成し、第1ソースS1上に、層間絶縁膜340を形成し、層間絶縁膜340上の第2ソースS2と、第1ドレインD1上の第2ドレインD2と、を形成する。第1ソースS1は、ダミーゲート302の第1方向の反対方向(-DR1)一側に形成され、第1ドレインD1は、ダミーゲート302の他側方向(DR1)に形成される。
After that, as shown in FIGS. 12 to 14, a first source S1 and a first drain D1 are formed, an
第1ソースS1と第1ドレインD1との形成は、エピタキシャル成長工程を含んでもよい。第1ソースS1と第1ドレインD1とを形成した後、それらをドーピングする工程を経るのである。例えば、第1ソースS1を、III族元素(例えば、BまたはIn)でドーピングしてp型を有させ、第1ドレインD1を、V族元素(例えば、PまたはAs)でドーピングしてn型を有させる。 Forming the first source S1 and the first drain D1 may include an epitaxial growth process. After forming the first source S1 and the first drain D1, a process of doping them is performed. For example, the first source S1 is doped with a group III element (eg, B or In) to be p-type, and the first drain D1 is doped with a group V element (eg, P or As) to be n-type. have
同様に、第2ソースS2と第2ドレインD2とを形成した後、それらをドーピングする工程を経るのである。例えば、第2ソースS2を、V族元素(例えば、PまたはAs)でドーピングしてn型を有させ、第2ドレインD2を、III族元素(例えば、BまたはIn)でドーピングしてp型を有させる。 Similarly, after forming the second source S2 and the second drain D2, they undergo a doping process. For example, the second source S2 is doped with a group V element (eg, P or As) to be n-type, and the second drain D2 is doped with a group III element (eg, B or In) to be p-type. have
その後、図15ないし図17に図示されているように、ダミーゲート302を除去するのである。ダミーゲート302の除去は、湿式エッチング工程を介しても進められる。このとき、エッチング液としては、フッ酸系の物質を使用することができる。
Thereafter,
ダミーゲート302が除去されれば、ゲート構造体GSの一部が、ゲートスペーサ330間に露出される。それにより、図18ないし図20に図示されているように、ゲート構造体GSが含む第1犠牲膜SC1、第2犠牲膜SC2及び第3犠牲膜SC3を除去する。第1犠牲膜SC1、第2犠牲膜SC2及び第3犠牲膜SC3の除去は、化学的乾式エッチング工程または化学的湿式エッチング工程を介しても行われる。例えば、該化学的乾式エッチング工程は、ラジカル生成器で生成されたプラズマを利用するものでもあり、該湿式エッチング工程は、アンモニア・過酸化物混合物を利用することでもある。後者の場合、混合物において、H2O2は、酸化剤の役割を行い、NH4OHは、酸化物エッチャントの役割を行うことができる。
A portion of the gate structure GS is exposed between the
第1犠牲膜SC1、第2犠牲膜SC2及び第3犠牲膜SC3を除去することにより、第1ソースS1の第1ドレインD1方向(DR1)の面のうち一部、第2ソースS2の第2ドレインD2方向(DR1)の面のうち一部、第1ドレインD1の第1ソースS1方向(-DR1)の面のうち一部、第2ドレインD2の第2ソースS2方向(-DR1)の面のうち一部、第1チャネルC1の外側面、そして第2チャネルC2の外側面が露出されうる。 By removing the first sacrificial film SC1, the second sacrificial film SC2, and the third sacrificial film SC3, part of the surface of the first source S1 in the direction of the first drain D1 (DR1) and the second sacrificial film of the second source S2 are removed. Part of the surface of the drain D2 direction (DR1), part of the surface of the first drain D1 in the direction of the first source S1 (-DR1), surface of the second drain D2 in the direction of the second source S2 (-DR1) Some of them, the outer surface of the first channel C1 and the outer surface of the second channel C2 may be exposed.
次に、図21ないし図23に図示されているように、ゲート絶縁膜320を形成する。具体的には、第1チャネルC1の外側面と、第2チャネルC2の外側面と、第1ソースS1の第1ドレインD1方向の面とのうち、第1チャネルC1とコンタクトする部分以外の部分;第2ソースS2の第2ドレインD2方向の面のうち、第2チャネルC2とコンタクトする部分以外の部分;第1ドレインD1の第1ソースS1方向の面のうち、第1チャネルC1とコンタクトする部分以外の部分;第2ドレインD2の第2ソースS2方向の面のうち、第2チャネルC2とコンタクトする部分以外の部分;及び定電流形成層200を覆うゲート絶縁膜320を形成する。
Next, as shown in FIGS. 21-23, a
ゲート絶縁膜320を形成する工程は、電気絶縁物質を蒸着することを含んでもよい。例えば、電気絶縁物質の蒸着は、熱酸化工程、化学気相蒸着工程、物理気相蒸着工程または原子層蒸着工程を遂行することを含んでもよい。
Forming the
そのように形成されるゲート絶縁膜320は、シリコンオキサイド、シリコンナイトライド、シリコンオキシナイトライドなどを含んでもよい。または、ゲート絶縁膜320は、高誘電率を有する絶縁物質を含んでもよい。例えば、ゲート絶縁膜320は、約10ないし25の誘電定数を有する物質を含んでもよい。例えば、ゲート絶縁膜320は、ハフニウムオキサイド(HfO)、ハフニウムシリコンオキサイド(HfSiO)、ハフニウムオキシナイトライド(HfON)、ハフニウムシリコンオキシナイトライド(HfSiON)、ランタンオキサイド(LaO)、ランタンアルミニウムオキサイド(LaAlO)、ジルコニウムオキサイド(ZrO)、ジルコニウムシリコンオキサイド(ZrSiO)、ジルコニウムオキシナイトライド(ZrON)、ジルコニウムシリコンオキシナイトライド(ZrSiON)、タンタルオキサイド(TaO)、チタンオキサイド(TiO)、バリウムストロンチウムチタンオキサイド(BaSrTiO)、バリウムチタンオキサイド(BaTiO)、ストロンチウムチタンオキサイド(SrTiO)、イットリウムオキサイド(YO)、アルミニウムオキサイド(AlO)及び鉛スカンジウムタンタルオキサイド(PbScTaO)のうちから選択される少なくとも1つの物質を含んでもよい。
The
次に、ゲート電極Gを形成することにより、図1ないし図3を参照して説明した三進インバータを製造することができる。ゲート電極Gは、ゲートスペーサ330間にも形成される。ゲート電極Gは、ゲート電極形成用物質により、ゲートスペーサ330間の空間を充填することによっても形成される。具体的には、ゲート電極Gは、ゲート絶縁膜320によって取り囲まれた領域を、導電物質で充填することによっても形成される。ゲート電極Gは、電気伝導性物質を含んでもよい。例えば、ゲート電極Gは、金属またはポリシリコンを含んでもよい。ゲート電極Gを形成する工程は、化学気相蒸着(CVD)工程、物理気相蒸着(PVD)工程または原子層蒸着(ALD)工程を利用することができる。
Next, by forming gate electrodes G, the ternary inverter described with reference to FIGS. 1 to 3 can be manufactured. A gate electrode G is also formed between the
以上のように本発明は、図面に図示された実施形態を参照して説明されたが、それらは、例示的なものに過ぎず、当該技術分野において当業者であるならば、それらから多様な変形、及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められるものである。 While the present invention has thus been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, these are exemplary only and a person skilled in the art will appreciate various modifications therefrom. It will be appreciated that variations and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical scope of protection of the present invention is defined by the technical ideas of the claims.
100 基板
200 定電流形成層
320 ゲート絶縁膜
330 ゲートスペーサ
340 層間絶縁膜
100
Claims (12)
前記第1ソース上に位置する層間絶縁膜と、
前記層間絶縁層上に位置する第2ソース、及び前記第1ドレイン上に位置する第2ドレインと、
前記第1ソースと前記第1ドレインとの間に介在され、前記第1ソース方向の第1-1端部面が、前記第1ソースにコンタクトし、前記第1ドレイン方向の第1-2端部面が、 前記第1ドレインにコンタクトする、第1チャネルと、
前記第1チャネルから離隔され、前記第1チャネル上部に位置し、前記第2ソースと前記第2ドレインとの間に介在され、前記第2ソース方向の第2-1端部面が、前記第2ソースにコンタクトし、前記第2ドレイン方向の第2-2端部面が、前記第2ドレインにコンタクトする、第2チャネルと、
前記第1チャネルの外側面と、前記第2チャネルの外側面と、前記第1ソースの前記第1ドレイン方向の面とのうち、前記第1チャネルとコンタクトする部分以外の部分;前記第2ソースの前記第2ドレイン方向の面のうち、前記第2チャネルとコンタクトする部分以外の部分;前記第1ドレインの前記第1ソース方向の面のうち、前記第1チャネルとコンタクトする部分以外の部分;及び前記第2ドレインの前記第2ソース方向の面のうち、前記第2チャネルとコンタクトする部分以外の部分を覆うゲート絶縁膜と、
前記第1ソースと前記第1ドレインとの間、及び前記第2ソースと前記第2ドレインとの間に介在されるゲート電極と、を具備する、三進インバータ。 a first source and a first drain spaced apart from each other;
an interlayer insulating film located on the first source;
a second source located on the interlayer insulating layer and a second drain located on the first drain;
It is interposed between the first source and the first drain, the 1-1 end face in the first source direction is in contact with the first source, and the 1-2 end in the first drain direction is in contact with the first source. a first channel, a portion of which contacts the first drain;
It is separated from the first channel, located above the first channel, interposed between the second source and the second drain, and the 2-1 end face in the direction of the second source extends from the first channel. a second channel in contact with two sources, the 2-2 end face in the direction of the second drain in contact with the second drain;
portions of the outer surface of the first channel, the outer surface of the second channel, and the surface of the first source in the first drain direction other than the portion in contact with the first channel; the second source; portion other than the portion in contact with the second channel in the second drain direction surface of the first drain; portion in the first source direction surface of the first drain other than the portion in contact with the first channel; and a gate insulating film covering a portion of the surface of the second drain in the second source direction other than the portion in contact with the second channel;
a gate electrode interposed between the first source and the first drain and between the second source and the second drain.
前記第1ソースと前記第1ドレインは、前記定電流形成層上に位置する、請求項1に記載の三進インバータ。 further comprising a constant current formation layer,
2. The ternary inverter as claimed in claim 1, wherein said first source and said first drain are located on said constant current forming layer.
第1方向と交差する第2方向に延長され、ゲート構造体と交差するダミーゲートを形成する段階と、
該ダミーゲートの一側に、第1チャネルの第1-1端部面にコンタクトする第1ソースを形成し、該ダミーゲートの他側に、第1チャネルの第1-2端部面にコンタクトする第1ドレインを形成する段階と、
該第1ソース上に、層間絶縁層を形成する段階と、
該層間絶縁層上に、第2チャネルの第2-1端部面にコンタクトする第2ソースを形成し、第1ドレイン上に、第2チャネルの第2-2端部面にコンタクトする第2ドレインを形成する段階と、
該ダミーゲートを除去する段階と、
該第1犠牲層、該第2犠牲層及び該第3犠牲層を除去する段階と、
該第1チャネルの外側面と、該第2チャネルの外側面と、該第1ソースの第1ドレイン方向の面とのうち、該第1チャネルとコンタクトする部分以外の部分;該第2ソースの第2ドレイン方向の面のうち、該第2チャネルとコンタクトする部分以外の部分;該第1ドレインの第1ソース方向の面のうち、該第1チャネルとコンタクトする部分以外の部分;及び該第2ドレインの第2ソース方向の面のうち、該第2チャネルとコンタクトする部分以外の部分と、を覆うゲート絶縁膜を形成する段階と、
該第1ソース及び該第1ドレインと、該第2ソースと該第2ドレインとの間に介在されるゲート電極を形成する段階と、を含む、三進インバータ製造方法。 A first sacrificial layer, a first channel over the first sacrificial layer, a second sacrificial layer over the first channel, a second channel over the second sacrificial layer, and a third sacrificial layer over the second channel are formed on the substrate. forming a gate structure comprising and extending in a first direction;
forming a dummy gate extending in a second direction intersecting the first direction and intersecting the gate structure;
forming a first source contacting the 1-1 end face of the first channel on one side of the dummy gate and contacting the 1-2 end face of the first channel on the other side of the dummy gate; forming a first drain that
forming an interlayer insulating layer over the first source;
A second source contacting the 2-1 end face of the second channel is formed on the interlayer insulating layer, and a second source contacting the 2-2 end face of the second channel is formed on the first drain. forming a drain;
removing the dummy gate;
removing the first sacrificial layer, the second sacrificial layer and the third sacrificial layer;
a portion of the outer surface of the first channel, the outer surface of the second channel, and the surface of the first source facing the first drain, other than the portion in contact with the first channel; a portion of the surface in the second drain direction other than the portion in contact with the second channel; a portion of the surface in the first source direction of the first drain other than the portion in contact with the first channel; forming a gate insulating film covering a portion of the surface of the second drain in the direction of the second source, other than the portion in contact with the second channel;
forming a gate electrode interposed between the first source and the first drain, and the second source and the second drain.
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